無人機傾斜攝影技術在水土保持監測中的應用

王冉 田剛 李慶遠 趙聚國 丁建華 鄭瀚

［關鍵詞］無人機傾斜攝影；水土保持監測；棄土棄渣

［摘要］通過對典型公路工程水土流失易發區域進行無人機傾斜攝影監測，規劃航線進行飛行拍攝，獲得影像數據，利用影像處理軟件和地理信息系統軟件進行數據處理，按照算法得出監測點位的土方量，并與施工現場土方量記錄表進行比較，結果表明：兩者誤差為3.5%，可滿足水土保持監測的精度要求，保證水土保持監測工作的客觀性和準確性。

［中圖分類號］S157［文獻標識碼］B［文章編號］1000－0941（2023）03－0042－02

水土保持監測工作是水利行業強監管的一項重要內容。傳統的水土保持監測方法主要采用人工現場調查的方式，操作復雜度高、工作量大、效率低下，尤其是區域內的生產建設項目地表擾動情況監管工作存在棄土棄渣監測不準確、監管時效性差及項目覆蓋度低等問題［1-2］。

無人機傾斜攝影技術是近十幾年國際攝影測量領域發展起來的一項高新技術，該技術從不同視角采集物體影像，獲取豐富的物體高分辨率紋理［3］，不僅能夠真實地反映地物情況，獲取高精度紋理信息，還可以通過先進的定位、建模等技術，生成真實的三維模型，改變了傳統航測遙感影像只能從垂直方向進行拍攝的限制，滿足了人們對三維信息的需要［4-5］。

1工程概況與監測方法

1.1工程概況

浙北低山丘陵地區地表起伏較大，生態環境優越。作為水土保持監測工作的重點區域，在該地區開展公路建設類項目，土石方挖填規模大、棄土棄渣數量多，發生水土流失的風險較大［6］。

鎮海至安吉公路（德清對河口至矮部里段）工程起點與杭州繞城西復線莫干山互通相接，經筏頭、瑤塢，終于德清與安吉交界的矮部里，全長14.62km，主線采用雙向四車道一級公路標準，設15座橋梁和5座隧道，總投資15.3億元，建設期3a。該工程水土保持監測點位于湖樹坑隧道東側溝道，該區域屬于項目填方比較大的區域。具體位置見圖1。

1.2監測方法

使用無人機航拍的方式進行區域水土保持監測，根據監測區域的面積，確定“井”字形飛行航線（見圖2），無人機型號為大疆PHANTOM4RTK版，影像坐標系統選擇WGS84/UTM50N，鏡頭俯仰角60°，飛行速度7m/s，照片畸變糾正、白平衡選擇陰天模式，開啟自帶RTK，飛行1個架次。2結果與分析

本次飛行拍攝共獲取220張照片，采用Pix4D圖像處理軟件，經過照片對齊、空中三角測量加密處理、紋理貼片處理，最終生成真正射影像（分辨率3cm）和數字高程模型（分辨率15cm），分別見圖3和圖4。

利用地理信息系統生成原始地形圖的數字高程模型以及航拍影像數字高程模型進行疊加計算，得到監測區域填方量為96492.6m3，挖方量為9854.3m3，旁站監理記錄顯示該區域填方量為10萬m3，航拍監測數據與旁站監理記錄誤差為3.5%，滿足水土保持監測工作的精度要求。圖5、圖6、圖7分別為原始地形高程、現階段地形高程及挖填方分布。

3結論與建議

在水土保持監測項目中運用無人機傾斜攝影技術可以及時、有效地監測水土流失易發區域的擾動變化情況，提升水土保持監測工作的質量，彌補水土保持監測在準確性和時效性上的不足，為建設單位和水行政主管部門進行水土保持監測工作提供可靠的技術支撐。

無人機傾斜攝影技術在水土保持監測工作中具有較好的適用性，在今后的水土保持監測工作中，可以將高分辨率航拍影像技術廣泛推廣應用到生產建設項目水土流失易發區域土方量、水土保持措施量、植被恢復情況的調查和計算等方面，對提升水土保持監測工作的客觀性和準確性具有較高價值。

[參考文獻]

[1]尹華鋒.生產建設項目水土保持天地一體化監管研究[D].杭州：浙江大學，2018：14.

[2]盧潔.基于無人機遙感的排土場邊坡植被與土壤侵蝕監測研究[D].徐州：中國礦業大學，2018：25.

[3]余章蓉，范鴻潤，朱景輝，等.無人機單鏡頭傾斜攝影測量及三維建模技術方法研究[J].軟件，2019，40（12）：51-55.

[4]陳宇，付貴增，凌峰，等.無人機技術在水土保持中的應用現狀與展望[J].海河水利，2018（3）：61-63.

[5]施明新.無人機技術在生產建設項目水土保持監測中的應用[J].水土保持通報，2018，38（2）：236-240，329.

[6]周春波，王農，周淑君，等.無人機在高速公路棄渣場監測中的應用探討[J].中國水土保持，2018（1）：44-46.

［作者簡介］王冉（1986—），男，河北邯鄲人，高級工程師，博士，主要從事水土保持咨詢工作；通信作者田剛（1982—），男，山東濟南人，高級工程師，碩士，主要從事水土流失治理工作，［收稿日期］2022-07-20

（責任編輯楊傲秋）

［基金項目］浙江省水利廳科技計劃項目（RB2023，RC2044）